Ruolo del cAMP e della Fosfodiesterasi 4 (PDE4) nella regolazione dell’infiammazione e sviluppo di apremilast.

Un'altra via di segnalazione importante nel tradurre uno stimolo extracellulare, in un segnale intracellulare di controllo dell’espressione genica, è quella regolata dal secondo messaggero adenosina monofosfato ciclico (AMP ciclico o cAMP). Questo meccanismo, permette alla cellula di interagire con l’ambiente circostante e di regolare processi fisiologici più ampi, inclusi quelli dell’infiammazione. I livelli di concentrazione di cAMP nella cellula, rappresentano un equilibrio tra il lavoro dell’enzima Adenilato ciclasi attivato da recettori accoppiati alla proteina G, e dall’attività delle fosfodiesterasi (PDEs) che per idrolisi degradano il composto. Esistono undici diverse famiglie (PDE1-11) ognuna specifica per un tessuto ed alcune di esse deputate all’idrolisi anche di un altro secondo messaggero ciclico, cGMP. PDE5, PDE6, PDE9 vanno ad agire specificatamente su quest’ultimo composto, mentre PDE4, PDE7 e PDE8 idrolizzano in maniera specifica AMP ciclico; le restanti sono capaci di interagire con entrambi i messaggeri. Con quattro differenti sottotipi (A,B,C e D) e 20 isoforme scoperte finora, PDE4 rappresenta una grande sottofamiglia di enzimi che controlla una vasta gamma di vie di segnalazione modulate da cAMP, ognuna caratteristica per la tipologia di cellula nella quale l’enzima si trova espresso. Quindi, tra le differenti PDEs, la fosfodiesterasi 4 è una tra le più selettive per cAMP e si trova maggiormente espressa:

 Nelle cellule epiteliali delle vie aeree;

 In quelle ematopoietiche incluse cellule dendritiche, linfociti T, macrofagi e monociti;

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 Tra le cellule mesenchimali che esprimono l’enzima ci sono i cheratinociti; nel derma, le cellule del muscolo liscio e dell’endotelio vascolare; infine, nella struttura dell’articolazione, i condrociti.

 Nel sistema nervoso centrale, nelle cellule dell’area postrema, la zona che controlla il riflesso dell’emesi.

Come precedentemente accennato, i livelli intracellulari di cAMP vanno a regolare il processo infiammatorio ed, in breve, quando questi sono bassi aumenta l’espressione di mediatori pro-infiammatori, mentre quando la concentrazione del secondo messaggero è alta, la segnalazione infiammatoria viene ridotta. Pertanto la regolazione della produzione di AMP ciclico, va a modulare l’espressione dei segnali infiammatori. Normalmente, attraverso l’idrolisi, PDE4 promuove la diminuzione dei livelli di questo secondo messaggero determinando l’aumento di produzione da parte della cellula di mediatori pro-infiammatori e la riduzione della sintesi di quelli anti-infiammatori. L’inibizione di PDE4, comporta un aumento della concentrazione intracellulare di cAMP, e per questo può essere sfruttata come obiettivo terapeutico nelle patologie causate da disordini della risposta infiammatoria come avviene nella psoriasi e nell’artrite psoriasica. In queste malattie il processo infiammatorio è il risultato dell’interazione tra le cellule del sistema immunitario innato (cellule dendritiche, macrofagi e neutrofili) e adattivo (linfociti T) e le cellule dei tessuti coinvolti come cheratinociti, fibroblasti e condrociti. Nelle cellule dendritiche e nei monociti, sono i recettori toll-like che avviano la segnalazione per la produzione di mediatori pro- infiammatori attivando il fattore NF-kB il quale determina l’espressione genica di citochine fortemente coinvolte nelle suddette patologie come IL-23, TNF-α e IFN-ɣ. Al contempo, il legame di prostaglandine ad un recettore accoppiato a proteina G, attiva la subunità α di questa, la quale dà il via all’adenilato ciclasi a produrre cAMP. Nelle cellule immunitarie quest’ultimo è largamente degradato dall’idrolisi di PDE4, l’inibizione di quest’ultima comporta l’aumento dei livelli

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dell’AMP ciclico il quale va ad attivare la proteina chinasi A (PKA) che, a sua volta, effettua la fosforilazione dei fattori di trascrizione del CRE (cAMP-

responsive binding element family of transcription factors) tra cui CREB (cAMP- responsive element binding protein), CREM (cAMP-responsive element modulator) e ATF-1 (activating transcrption factor). Questi fattori si legano al

sito CRE sul DNA dove sono situati i geni promotori di IL-10 dei quali risulta un incremento dell’espressione; l’attivazione della trascrizione del CRE richiama la CBP (CREB binding protein) o l’omologa proteina p300, due co-attivatori del processo di trascrizione stesso: questo causa l’interruzione, in modo indiretto, dell’attività dell’NF-kB poiché il co-attivatore viene richiamato lontano da esso. E’ stato proposto che l’inibizione di NF-kB avvenga anche attraverso la modificazione del dominio di transattivazione C-terminale. In ogni caso l’interruzione della trascrizione guidata dall’NF-kB, determina un riduzione dei livelli di IL-23, TNF-α ed IFN-ɣ. Dunque attraverso l’inibizione della PDE4 si ottiene il blocco dell’attività di degradazione del cAMP il cui incremento all’interno della cellula porta alla produzione di IL-10 che è un importante mediatore antinfiammatorio ed alla riduzione della risposta infiammatoria, producendo nel complesso una diminuzione dell’infiltrazione delle cellule immunitarie, dell’ispessimento dell’epidermide e del danno a livello delle articolazioni (Immagine 11).

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Immagine 11: effetti dell’inibizione di PDE4 nella via di segnalazione del cAMP.

La scoperta dell’attività antinfiammatoria dei PDE4 inibitori è stata fatta studiando rolipram un prototipo di questa classe di composti. Roflumilast, invece, è stato il primo PDE4 inibitore ad essere approvato dalla FDA (Food and

Drug Administration) per il trattamento della broncopneumopatia cronica

ostruttiva. Per lo sviluppo di apremilast i ricercatori hanno utilizzato un farmacoforo ottenuto da rolipram e roflumilast ed addizionato ad una serie di analoghi della talidomide per ottimizzare l’attività e ridurre gli effetti collaterali a livello del SNC visti con i precedenti PDE4 come cefalea, nausea e vomito. E’ stato ottenuto un composto a basso peso molecolare che può essere somministrato per via orale; si è rivelato specifico nell’inibire PDE4 in maniera più potente rispetto agli altri PDE facenti parti della stessa famiglia ed inoltre non è selettivo per nessun suo sottotipo (A, B, C e D). ( 3, 7 )

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